松树水库溢洪道加固方案分析

张 华

（辽宁省瓦房店市松树水库管理局，辽宁瓦房店116300）

松树水库溢洪道加固方案分析

张 华

（辽宁省瓦房店市松树水库管理局，辽宁瓦房店116300）

以辽宁省松树水库为研究对象，对其溢洪道裂隙发育现状进行了分析总结，并以此为基础通过分析对如何进行溢洪道裂隙的除险加固展开探究。

水库；溢洪道；裂隙发育；除险加固

1 工程概况

松树水库位于辽宁省大连市瓦房店市松树镇境内的复州河上游段，水库始建于1970年，控制流域面积302.4km2，设计灌溉面积1231hm2，坝址以上河道长45km，是一座以城市供水及防洪为主的大（Ⅱ）型水库。水库枢纽工程由拦河坝、溢洪道、输水洞3部分组成。水库溢洪道型式为宽顶堰，堰顶高程为104.34m，堰顶宽度为42m，最大泄量1652m3/s。水库运行至今五十多年来，先后经受了多次大洪水考验，起到了很好的工程实效，但溢洪道溢流堰面表层混凝土在水流长时间冲刷及季节变化导致的温度改变等因素影响下，多处出现裂缝，堰面表层存在碳化与蜂窝麻面的现象，需及时对溢洪道进行除险加固，以免出现安全事故。

2 溢洪道溢流面裂隙分析

2.1 裂隙发育现状

依据现场实测，溢流面裂隙主要发育在溢洪道闸室段与泄槽段。其中闸室段主体为混凝土结构，在溢流面上共发现具有威胁性的裂隙6条，同时溢流面还有冲蚀与破损的现象，止水老化、开裂；泄槽段侧墙结构为浆砌石，用砂浆进行抹面作业，至今虽未出现明显的质量问题，但表面碳化现象严重，止水老化、开裂。

2.2 裂隙成因

（1）依据《水库溢洪道设计规范》与《水工混凝土结构设计规范》等相关施工规范，对于有抗冲耐磨特性的水工施工，混凝土强度的等级不可小于C25［1］。而松树水库原溢流道采所采用的混凝土设计强度为R250即C20混凝土强度，明显低于国家相关标准，无法很好的满足实际使用需求。

（2）溢流面混凝土表层厚度为100mm，在最初设计时未设置缝分块，这使得溢流面在较大的四季温差变化下，特别是冬季寒流的影响下底部基岩与砌体对其产生约束效果而出现裂隙。

（3）依据国家现有“水利工程温度作用设计原则”，当坝体底板遭受来自底部基岩的约束作用时，必须在其顶板面布设钢筋网，各个方向的配筋率以0.1%为佳，每1m距离上配置的钢筋数量不得超过5根，钢筋直径不得低于16mm［2］。而松树水库溢洪道溢流面表层钢筋网配置规格为φ12@30cm，各方向配筋率不足0.05%，无法达到温度裂隙扩张所需求的钢筋配置要求，为裂隙的出现提供了可能。

（4）根据实测数据显示，裂隙出现的位置多为施工缝所在，这说明对施工缝处理的不恰当是引起裂隙出现的主要原因之一。此外，最初混凝土施工时，为在其中掺入引气剂而使得固结后混凝土层含气量较低，抗冻性能不佳，亦是导致溢流面表土层出现问题的原因之一。

综上所述，溢流面裂隙出现的原因为溢流面混凝土层及其钢筋配置强度不足；溢流面最初设计时为设置缝分块；施工中施工缝处理不当和初期施工工艺存在缺陷等，从而使得溢流面在温度变化下受到温度应力的干扰而出现问题，需对其进行及时有效的除险加固。

3 溢洪道堰面加固方案选择

3.1 方案介绍

基于要求溢洪道加固后现有裂隙得到妥善修复且避免新裂隙出现的同时溢洪道自身强度与抗冲刷能力及抗冻性有所增强的前提，对松树水库溢洪道的加固提出2种方案。

方案1：对水流速度较低区域（溢洪道上部）的裂缝采取常规手段进行加固，对水流速度较快（溢洪道直线段到鼻坎）的区域先去除30cm的原有混凝土层随后对上部钢筋网结构进行重新布设［3］。

方案2：对水流速度较慢的区域采取与方案1相同的方法，对水流速度较快的区域则不去除原有混凝土层改用柔性抗冲磨的高分子材料（CW）对裂隙进行填充。充填时需注意应先对表层的碳化部分进行清除，待表面洁净后方可进行作业。

3.2 方案比较

施工方案的选择必须在充分结合工程实际状况的前提下，综合考虑经济、可行性等多方面因素，先对上述2个方案作出比较以选择最优方案。

方案1：采用常规治理方法，久经实践，技术上可行；采用该方案进行治理，单位面积的治理费用约为360元，整个工程需加固3400m2，费用共计122.3万元。不足：对旧有混凝土面的清除作业较为繁琐且重新浇筑混凝土后仍存在出现裂隙的可能。

方案2：采用新型裂缝加固处理技术，该技术操作较为简便且已经过实际检验，具有可行性；单位面积的治理费用约为55元，整个工程需花费187万元。不足：进行有效施工需提前进行一定的培训且该新型材料可能存在抗老化性能的问题，需在后期实际中进行检验。

2种方案工程量的比较见表1。

通过对2方案经济性、实际加固效果、施工便捷性等多方面的综合对比，选定方案2作为最终施工方案。

4 溢洪道加固方案设计

4.1 堰面的加固设计

加固作业起始于堰面直线段，整个表面采用柔性抗冲磨的高分子材料（CW）进行刷涂，刷涂面积为3400m2。施工时需注意因裂缝中多存在水渗出的现象进而会对柔性抗冲磨的高分子材料（CW）的刷涂造成干扰，需先对裂缝进行封闭的防渗处理。具体施工为先沿裂缝发育方向开槽，随后在槽底充填堵漏材料和柔性防水材料并回填丙乳砂浆，最后用柔性抗冲磨的高分子材料（CW）进行刷涂。

表1 松树水库溢洪道加固方案比较

（1）开槽。沿裂缝发育方向开设燕尾槽，并用钢丝对槽内表面的杂物进行清除。若槽内存在渗水现象则在槽底再开设2cm×2cm的方形槽一个，并在其内充填堵漏材料，确保不再出现渗水后将燕尾槽吹干等待使用。

（2）止水材料填充。使用SR—2型止水材料，充填厚度为2cm，充填时必须确保燕尾槽内干燥整洁，止水材料须一层一层刷涂，且必须为前一层自然干燥后才可刷涂下一层。

（3）充填丙乳砂浆。进行充填时需先在槽底与两侧槽壁涂刷一层丙乳砂浆后方可进行。

（4）表层防护。溢洪道堰面上部裂隙处于非水流冲刷区内，只需在裂缝两侧50m范围内刷涂柔性抗冲磨的高分子材料（CW），其余处于水流冲刷区内的裂缝，需对整个坝体表层涂抹防护材料。

4.2 溢洪道侧墙及闸墩加固设计

（1）侧墙加固设计。溢洪道侧墙采用浆砌石结构，表层砂浆抹面，多年使用中碳化现象极为显著，鉴于其处于水流较快的区域，采用柔性抗冲磨的高分子材料（CW）进行刷涂，图层厚度为4mm，总涂抹面积为近1100m2。

（2）闸墩加固设计。闸墩混凝土的碳化情况见表2。

表2 混凝土闸墩碳化情况调差

此次对闸墩表层混凝土碳化的加固处理采用丙乳砂浆进行［4］。相较于传统加固方法，丙乳砂浆的防渗、防腐等性能更加优越，且抗拉强度相比于普通的水泥砂浆提升一倍，粘结性则提升了2倍以上，而且丙乳砂浆无毒、生产成本低廉、施工工艺简单，提升经济效益的同时对于施工安全性亦有显著提升。

具体施工时应对碳化的混凝土表层进行打毛处理，待表层清降整洁后方可刷涂丙乳砂浆，涂层厚度以4～6mm为佳，总刷涂面积为3300m2［5］。

5 结语

通过优化比较后获得的溢洪道裂隙治理方案，经过实践检验有效消除了堰面中存在裂缝，并在一定程度上增强了溢洪道的强度与抗寒性能，在消除原有安全隐患的同时，很好地保证了溢洪道原有功能的正常发挥。自除险加固作业完成至今，水库运行状况一直良好，未出现任何异常问题。

［1］崔华存.小型病险水库溢洪道设计中的问题及解决方案［J］.水利规划与设计，2014（03）：62-64.

［2］肖源鸿，徐炯鹏，陈孝军.于桥水库溢洪道闸墩裂缝处理工艺［J］.水利规划与设计，2010（02）：81-82.

［3］李雪梅.刍议溢洪道加固的施工方法［J］.黑龙江水利科技，2014（04）：108-109.

［4］蒋方好.石门水库除险加固工程实录［J］.土工基础，2014（05）：20-23.

［5］李高民.小型水库除险加固新增溢洪道设计优化技术［J］.水利与建筑工程学报，2011（01）：83-86.

图4 最大损伤点位置分布

图4 为有限元软件得到的重力坝损伤点分布情况，应力分布图中灰度越深，损伤程度越大。因此黑色部分是坝体最易受损部位，此处对应的节点编号为67。实验结果表明：应该对67号节点进行加固处理，以提高重力坝的疲劳寿命。

4 结语

由于混凝土大坝结构十分复杂，单凭人为观测很难获得其最大疲劳点的分布情况，目前一般采取动力学监测的方法获得其损伤分布。本文综合国内外研究现状，首先对混凝土疲劳分析过程进行研究，阐述了疲劳破坏与静载破坏的区别。随后重点分析了线性疲劳累积损伤和非线性疲劳累积损伤的机理。并依据混凝土寿命模型对大坝进行疲劳寿命计算。实验结果表明：应该对67号节点进行加固处理，以提高重力坝的疲劳寿命。

参考文献

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［2］魏大春，周晶.水工混凝土结构系统的灾变机理和灾害控制对策［J］.世界地震工程，2006（03）：77-83.

［3］吕文丽.碾压混凝土重力坝整体三维仿真分析［J］.水利规划与设计，2011（03）：40-43.

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TV651.1

B

1672-2469（2015）12-0096-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.033

张 华（1969年—），女，工程师。